Regelung von 3 und mehr Durchflüsse (Durchflussteiler)

[xEs1710]

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Was ich erwarte? Zeit zum antworten

Wenn die Widerstände höher sind, dann kommt doch weniger Energie an. Damit müsste das übergeordnete System das auch kompensieren.
Mit deinen Anpassungen bringst du - meiner Meinung nach - eine weitere Störgröße ins übergeordnete System.

Die Widerstände ändern sich nicht permanent und somit ist das akzeptabel. Mein Problem hierbei ist nur, dass ich im Vorfeld nicht weiß wie hoch die Widerstande sind und ich mir so nicht einfach die Ventilstellung ausrechnen könnte. Was ich eigentlich hiermit sagen wollte: Wenn ich 5 Ventile habe und alle bei 100%, dann fließen heute dort 5 verschiedene Durchflüsse.
Nächsten Monat würden hier bei der selben Ventilstellung 5 andere Durchflüsse anstehen.

Nach grossen AnlaufSchwierigkeiten, Dein Anliegen überhaupt annähernd zu verstehen, hatte ich Deinen EnergieSparAnsatz akzeptiert, in demjenigen Zweig das StellGlied auf 100 % festzunageln, für den der LöwenAnteil der Aufteilung angefordert wird.
Nun sagst Du aber, das funktioniert leider nicht. Warum jetzt aus Deiner Sicht doch nicht?
Mir ist durchaus klar, dass die Widerstände in den diversen Strängen unterschiedlich sein werden und auch variieren können, aber was genau meinst Du mit "funktioniert leider nicht"?
Ist das jetzt ein Argument dafür, diesen Ansatz endgültig in die Tonne zu treten? EnergieSparen ist doch angesagt.
Immerhin sollen die Stränge separat und unabhängig von den anderen geregelt werden. Wir müssen "nur" dafür sorgen, dass den Reglern genügend SpielRaum bleibt, um auch regeln zu können. U.a., damit sie wirklich unabhängig voneinander arbeiten können, statt sich gegenseitig die Ressourcen abzugraben.


Die Differenz zwischen SollWert und IstWert ist sowieso das Mass für die Regler, ihren Dienst zu tun und Abweichungen gering zu halten.
Derjenige Regler, der die grösste Differenz zwischen Soll und Ist feststelt, wird ohnehin am heftigsten reagieren. Du musst nicht eingreifen und irgendwelche VorrangRegeln oder RegulierungsMassnahmen "draufsetzen". Wird irgendeiner der beteiligten Regler künstlich daran gehindert, seine Aufgabe erfüllen zu können, so macht das nur zusätzliche Probleme, insbesondere durch den IntegralAnteil des Reglers.

Ich fürchte, Du willst den ZeitPunkt, an dem andere Durchflüsse beginnen können, "automatisch in die richtige Richtung zu wandern", nur willkürlich hinauszögern. Das bringt aber keine Beruhigung, sondern sorgt dafür, dass unnötig viel "NachholBedarf" bei den einzelnen, ausgebremsten Reglern aufgestaut wird.

Der Punkt, warum ich nach wie vor Bauchschmerzen bei dem Gedanken bekomme, den StellWert desjenigen Reglers auf 100 % zu setzen, der am meisten "liefern" soll, ist folgender: ein Regler, der weiss, dass er kräftiger auf's GasPedal treten müsste, um eine RegelDifferenz zügig abzubauen, wird zu Beginn einer grossen Abweichung gerne mehr anfordern, als er später benötigen wird, um den erreichten Wert zu halten.
Der Regler weiss wie es geht und was er tun müsste, aber wir lassen ihn nicht. Die nötigen Reserven billigen wir ihm nicht zu. Das behindert und stört die WirkungsWeise des Reglers.

Was tun? Auf gute RegelEigenschaften verzichten zu Gunsten einer EnergieEinsparung? Oder den Aspekt EnergieSparen so hoch hängen, dass die Regler Probleme bekommen?
Wir müssen ein gewisses Mass an EnergieVerschwendung einplanen, um vernünftig regeln zu können. Wir sollten aber versuchen, die EnergieVerschwendung in Grenzen zu halten. Reserve für die Regler vorsehen, aber nicht mehr als nötig. Welches Mass an Reserve nötig ware, können wir aus der Ferne nicht abschätzen.
Wohin mit der zuviel ins System bzw. in die Zuleitung gepumpten Energie? "Ablasen" kommt ja wohl nicht in Frage.
Das "starre" Verhalten der Zuleitung gefällt mir nicht. Könnte man einen DruckSpeicher einbauen?

Um den EnergieSparGedanken wieder aufzugreifen: die Idee, die Werte der StellGlieder (bzw. die ReglerAusgänge) auszuwerten, finde ich gar nicht übel. Sie sind ein Mass dafür, wieviel Reserve für die AufteilungsRegler vorhanden ist.
Man sollte diese aber nicht auswerten, um die AufteilungsRegler zu beeinflussen, also nicht deren SollWerte darüber zu manipulieren, sondern sie müssten auf die Regelung des Zuflusses "korrigierend" einwirken - sofern das überhaupt nötig oder wenigstens hilfreich wäre.

Ich gehe mal davon aus, dass der ProzentWert, der maximal für das am weitesten geöffnete AufteilungsVentil angestrebt werden sollte, schwanken wird. Je nach BetriebsBedingungen, z.B. je nach Art der Änderungen bei den AufteilungsVorgaben. Vielleicht findet man einen Weg, diesen ProzentWert z.B. sachte zu erhöhen, wenn es zweitweise keiner grösseren Reserven für die Regler bedarf. Oder vielleicht findet man ein Kriterium dafür, einen Bedarf für eine höhere Reserve möglichst frühzeitig zu erkennen. Das wirkliche Problem dabei wird es sein, den bevorstehenden Verlauf des Bedarfs "vorauszusehen".
Zur Erinnerung, mit Reserve meine ich den Abstand des ProzentWertes von 100 % "nach unten", kleine Reserve knapp unter 100 % - sagen wir mal 97 % - und grosse Reserve deutlich unter 100 % - sagen wir mal 85 %. Keine Ahnung, die Werte habe ich natürlich aus der Luft gegriffen.
Man müsste mal am "lebenden Objekt" beobachten können, was sich wie verhält. Ein Aufzeichnen der "relevanten" Werte wäre sinnvoll, am besten inkl. dem Verhalten des ZuflussReglers.

Warum einfach 100% beim höchsten Durchfluss-Sollwert nicht funktioniert wenn wir unterschiedliche Widerstände in den Strängen haben?
Wenn im Strang_1 Soll 550l/h und in Strang_2 560l/h fließen sollen, dafür aber in Strang_1 ein deutlich größerer Widerstand vorhanden ist, dann wird der Gedankengang "größter Durchfluss - größte Stellung" nicht funktionieren.

Okay. Wenn man alles unbedingt mit einem (bzw. ganz vielen) PI-Regler erschlagen will, dann bekommt man genau die Probleme, die du beschreibst. Da bin ich ganz deiner Meinung.
Für mich war dieser Regler aufgrund der Varianz, der Anzahl der Stränge und eben dieser Problematik mit dem Integral-Anteil, der Bedingung mit der SparMassnahme (mind. 1 Ventil 100%) und der Tatsache dass sich alle Durchflüsse gegenseitig behindern ausschlaggebend dafür, eben KEINEN PI-Regler einzusetzen.

Auch haben wir festgestellt, dass es extrem lange dauert, bis das System ausgeregelt ist, weil eben jeder sich "irgendwie" beeinflusst. Und "dieses" irgendwie wollte ich eliminieren und für mich arbeiten lassen. Dazu gleich mehr.

Zu den generellen Ideen das System anders aufzubauen (Systemspeicher, Druckregelung, etc.) kann und will ich nicht eingehen, weil das einfach nicht mein Problem darstellt bzw. lösen kann. Es geht hier ausschließlich um die Verteilung des Zulaufes (egal wie groß, egal was da fließt, egal wie da geregelt wird).

@xEs1710
Für mich sehen deine Ausführungen so aus, als würdet Ihr versuchen um eine schlechte Regelung "herumbauen" zu wollen.

So wie ich den ganzen Sachverhalt aus der Ferne bewerte, wäre eine ordentliche Differenzdruck-Regelung an der Zuleitung das Beste.
Dann könntest Du deine ganzen Einzelstränge eigens regeln lassen nach Sollwert und wenn die Zuleitung, laut deiner Aussage, so üppig dimensioniert ist, wird diese Regelung alles zur vollsten Zufriedenheit arbeiten und den Differenzdruck konstant halten.

Das ist das System, wie in praktisch jeder Fernwärme oder Zentral-Prozesskälte-Anlage und durch die modernen Heizungspumpen fast in jedem Haushalt hervorragend funktioniert und auch sehr energieeffizient arbeitet.

Ich rede gerade aus Erfahrung als technischer Verantwortlicher einer Fernwärme-Anlage mit maximal-Durchfluss von ca 350 m³/h, Leistung ca 8MW thermisch und schätzungsweise 100 versorgten Abnahme-Einheiten im Bereich von 1/2 Zoll bis DN250.
Das läuft perfekt seit über 15 Jahren mit einer einmaligen Versuchsreihe, wie hoch man den Differenzdruck einstellen muss, damit alle Verbraucher gut versorgt werden.

PS: Wenn Ihr natürlich nichts an der Regelung der Versorgung ändern könnt ist das schlecht. Dann ist dein Ansatz soweit richtig, dass das trotzdem nur die zweitbeste Lösung darstellt. Aber besser die zweitbeste Lösung als gar keine Lösung.

Nur meine persönliche Meinung...

Das passt für deine beschriebenen Anforderungen. Meine Anforderung ist ein passender Durchfluss in jedem Strang - auch dem Zulauf.

 

[xEs1710]

Ich denke auch, dass auch um die grundsätzliche Lösung geht. Was ich in der Aufgabenstellung dieses Thread eher aussergewöhnlich finde:
1. Die Regelung des Zulaufs findet autark irgendwo ausserhalb des EinflussBereichs des TE statt.
2. Der TE hat vermutlich beobachtet, dass die unter 1. genannte Regelung dazu führt, dass die Verteilung in dem Strang mit dem grössten DurchFluss nicht erwartungsgemäss dazu führt, das StellVentil voll aufzufahren.
Mit "erwartungsgemäss" ist die Erwartung des TE gemeint. Er macht sich Gedanken, dass mit dem VollAuffahren des Ventils Energie einzusparen wäre, weil in diesem Fall nur genau der Druck in der Zuleitung erzeugt werden muss, mit dem die gewünschte Verteilung erzielt werden könnte.
Diesen GedankenGang kann ich nachvollziehen und er dürfte einen Aspekt ansprechen, der bisher vermutlich eher vernachlässigt wurde und wahrscheinlich noch relativ neu, auf jeden Fall aber "zeitgemäss" ist.
Neu ist, dass man einem der Stränge (dem mit dem grössten Durchfluss) die Möglichkeit nehmen würde, "vernünftig" regeln zu können.
Bzw. man müsste in diesem Strang dafür sorgen, dass das Ventil voll aufgefahren wird und der Regler dieses Strangs keinen Einfluss hat. Die Verteilung würde dann über die Regler der anderen Stränge und den Regler des Zulaufs geregelt. Das setzt aber voraus, dass der Regler des Zulaufs beeinflusst werden kann, was aber dem TE anscheinend nicht möglich ist.

Punkt 1: Goldrichtig
Punkt 2: Goldrichtig, fast.
1. Ich setze nicht einfach das Ventil welches MaxDurchfluss hat auf 100% fest. Warum nicht? Oben beschrieben.
2. Die Durchflussmenge im Zulauf muss von mir nicht (direkt) beachtet werden. Ich möchte ja nicht die Gesamtmenge im Zulauf regeln, sondern die Resultierende in den jeweiligen Strängen. Das ist für meine Lösung hier ganz ganz wichtig. Ändert sich der Zulauf, werden sich meine Sollwerte prozentual ebenfalls verschieben.

So und nun versuche ich euch meine Lösung ansatzweise verständlich vorzustellen:
Wir nehmen an der Zulauf beträgt 1000L/h (oder mehr, oder weniger - total egal!), weil ein übergeordnetes System ausgerechnet hat, dass 1000L/h (oder mehr, oder weniger) in den richtigen Strängen korrekt verteilt dazu führt, dass das System wie gewünscht läuft.

Mir wird mitgeteilt, dass der Zulauf wie folgt aufgeteilt werden soll:
Q1: 15% (vom Zulauf); Q2: 20%; Q3: 50% und Q4: 15%.
-> Das einfache Stellen der Ventile auf diese Vorgaben führt zu ganz falschen Durchflüssen.

Step 1: Soll- zu Istwert -> Differenzbildung und Vergleich.
Alle Ventile sind z.B. zu 50% geöffnet:
Durchflüsse IST:
Q1: 50% mit 200L/h; Q2: 50% mit 330L/h; Q3: 50% mit 400L/h und Q4: 50% mit 70L/h

Differenzen: (+ = zu viel; - = zu wenig)
Q1: 50+; Q2: 130+; Q3: 100- und Q4: 80-

Größte Differenz bei Ventil 2! ABER: Da noch kein Ventil bei 100%, wird erst die negative Seite korrigiert:
Q3 wird aufgefahren! Q1 wird kleiner (richtige Richtung), Q2 wird kleiner (richtige Richtung), Q3 wird größer (richtige Richtung), Q4 wird kleiner (FALSCHE Richtung).
Nun wird das Ventil so lange aufgefahren bis Q3 und Q4 die selbe Differenz zum Sollwert aufweist! Da die Ventile immer nach und nach gefahren werden und so die MaximaleNegativeDifferenz zum Sollwert immer hin und her wandert (zwischen Q3 und Q4) schauckeln diese beiden Ventile sich solange gegenseitig hoch, bis entweder ein Ventil von diesen bei 100% angekommen ist oder aber bis der Sollwert erreicht.

Step 2: Nehmen wir an Q4 hat Sollwert erreicht. Aktuelle Stellungen und Durchflüsse:
Q1: 50% mit 170l/h; Q2: 50% mit 250L/h; Q3: 73% mit 470/h und Q4: 68% mit 150L/h.
Aktuelle Differenzen:
Q1: 20+; Q2: 50+; Q3: 30- und Q4: 0+-

Da noch kein Ventil die 100% erreicht, wird Q3 korrigiert, da negativ:
Q1 wird kleiner (richtige Richtung), Q2 wird kleiner (richtige Richtung), Q3 wird größer (richtige Richtung), Q4 wird kleiner (Keine Richtung wäre korrekt).
Nun passiert folgendes: Q1, Q2 und Q4 werden sinken und ebenfalls eine negative Differenz aufweisen. Jetzt wird genau das Ventil aufgefahren welche die größte (negative) Differenz aufweist. Irgendwann ist 1 Ventil bei 100% oder alle beim Sollwert und evtl. noch keines bei 100%.

Step 3 (Variante 1): Alle Ventile beim Sollwert, aber keines bei 100%:
Nun werden alle Ventile gleichzeitig (zB. 1%) aufgefahren. Dadurch ergeben sich neue Differenzen und Step2 beginnt von vorne.

Step 3 (Variante 2): 1 Ventil auf 100% aber noch nicht alle beim Sollwert:
Da nun Bedingung 100% Ventil erfüllt, wird auch die positive Differenz zur Korrektur freigegeben. Man suche die größte Differenz zum Sollwert und dieses Ventil fährt dann AUF oder ZU, je nachdem.

Sollte das 100% Ventil das Ventil sein mit der größten Differenz, so fährt dieses minimal zu, sodass Bedingung 100% Ventil nicht mehr erfüllt ist: Was passiert? Es dürfen nur noch neg. Differenzen korrigiert werden.

Und thats it! Dieses Vorgehen werkelt tatsächlich schon so vor sich hin. Ich hoffe ich konnte das einigermaßen verständlich erklären. Vielleicht kann einer von euch dieses Vorgehen/meine Idee für sich nutzen. Vielleicht aber auch nicht ;-) Jedenfalls ist das aktuell die Lösung unseres Problems.

Achja: Auch wenn der Zulauf schwankt, was er tut, so ist das bei diesem Vorgehen egal, da die Differenzen miteinander verglichen werden und so der Zulauf nicht wichtig ist.

 

[Blockmove]

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Mir wird mitgeteilt, dass der Zulauf wie folgt aufgeteilt werden soll:
Q1: 15% (vom Zulauf); Q2: 20%; Q3: 50% und Q4: 15%.
-> Das einfache Stellen der Ventile auf diese Vorgaben führt zu ganz falschen Durchflüssen.

Warum?
Auf welcher Basis legt das übergeordnete System die Sollwerte für die Stränge fest?
Wenn die Sollwerte nicht passen, dann sollte das übergeordnete System die Sollwerte doch anpassen.
Das ist doch erstmal die grundlegende Funktion einer Regelung.
Funktioniert das schon nicht, wie willst du dann vernünftig regeln?

 

[xEs1710]

Warum?
Auf welcher Basis legt das übergeordnete System die Sollwerte für die Stränge fest?
Wenn die Sollwerte nicht passen, dann sollte das übergeordnete System die Sollwerte doch anpassen.
Das ist doch erstmal die grundlegende Funktion einer Regelung.
Funktioniert das schon nicht, wie willst du dann vernünftig regeln?

Das ist doch einfach nicht das Problem! Ich brauchte einen Verteiler! Mir ist völlig gleich was der Sollwert über alle Stränge ist. Ich verstehe einfach nicht warum du dich da so dran aufhängst.

Die Zulauf ist innerhalb weniger Sekunden ausgeregelt - das wird so schnell angepasst, dass ich mit den Ventilen machen (ausser alle schließen natürlich..!) kann was ich will. Da sind die 1000L/h +- 10L/h fast wie festgenagelt.

 

[Thomas_v2.1]

Du müsstest aber schon eine einigermaßen konkrete Anwendung beschreiben. Bei Heizkreisverteilern ist das Problem mit der Beeinflussung auch vorhanden, aus dem Grund gibt es eben auch diverse hydraulische Schaltungen die je nach Einsatzfall das Problem umgehen. Wenn das so einfach zu beheben wäre, würde man auch eine Pumpe im Vorlauf am Wärmeerzeuger verwenden, und dann alle Abgänge mit Ventilen in Drosselschaltung.

 

[Onkel Dagobert]

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.. Die Widerstände ändern sich nicht permanent und somit ist das akzeptabel. Mein Problem hierbei ist nur, dass ich im Vorfeld nicht weiß wie hoch die Widerstande sind und ich mir so nicht einfach die Ventilstellung ausrechnen könnte. Was ich eigentlich hiermit sagen wollte: Wenn ich 5 Ventile habe und alle bei 100%, dann fließen heute dort 5 verschiedene Durchflüsse.
Nächsten Monat würden hier bei der selben Ventilstellung 5 andere Durchflüsse anstehen...

Das ist das Problem. Um dieses zu beheben, hat man vor hunderten von Jahren z.Bsp. den PID-Regel-Algorithmus kreiert. Da man aber im Vorfeld nicht weiß, wie hoch z.Bsp. "die Widerstände sind", muss man diese bzw. die eigentliche Regelgröße messen. Ohne Regelgröße --> keine Regelung! Der "Strang-Widerstand" ist bei deiner Betrachtung eine Störgröße, die der Regler ausregeln muss. Die eigentliche Regelgöße ist z. Bsp. die Vorlauftemperatur, welche dann aber auch gemessen werden muss. Eine Regelung besteht immer aus einem Prozesswert bzw. einer Regelgröße und einem Stellglied. Dazwischen liegt die Regelstrecke. Bei deiner Betrachtung hast du bisher nur x Stellglieder.

 

[Holzmichl]

@xEs1710
Entschuldige, dass ich nochmal reingrätsche.
Dein hydraulischer Fall sieht genau so aus, als hätte man bei der Auslegung den "Fehler" begangen, das Regelventil im Vorlauf, also vor allen Verbrauchern=Leitungswiderständen zu schalten.
Wenn man das Regelventil im Rücklauf oder von mir aus vor dem freien Auslauf schaltet, hat man den Vorteil, dass jeder Verbraucher den kompletten Differenzdruck der Anlage bekommt. Dann sind auch die Beeinflussungen der einzelnen Ventile zueinander erheblich geringer und vor Allem auch das Verhältnis zwischen den Strängen nahezu gleich, wenn die Stränge selbst ausgeregelt sind und alle gleichzeitig auffahren.

Was passiert hydraulisch, wenn du das Regelventil im Zulauf anordnest:
Dein Regelventil beeinfluss nicht nur den Durchfluss, sondern auch erheblich den Druckverlust von der Zuleitung zum Strang.

Bei Anordnung als erster "Verbraucher" im Strang bekommt der Strang selbst nicht nur einen Bruchteil des eigentlich anstehenden Differenzflusses ab, sondern auch dein Ventil hat eine in der Praxis eher progressive statt lineare Kennlinie. Bei kleiner Öffnung hast Du eine Art Strahlwirkung in den Strang, da das "Wasser" am Regelventil mit hohem Druck anliegt und dahinter kein Druck mehr ansteht.
Bildlich: Gartenschlauch, den man am Ende mit dem Daumen zuhält/stark verengt mit voll aufgedrehtem Hahn (Ventil = Daumen im Vorlauf) im Vergleich zum nur halb aufgedrehten Hahn (Ventil = Daumen im Rücklauf).

Wenn Du eine Anordnung der Regelventile im Rücklauf hättest, wären die ganzen Regelungs-Spielchen, die Du hier beschreibst erheblich einfacher. Vielleicht kannst Du ja für eine nachfolgende Anlage hierauf Einfluss nehmen.

 

[xEs1710]

Das ist das Problem. Um dieses zu beheben, hat man vor hunderten von Jahren z.Bsp. den PID-Regel-Algorithmus kreiert. Da man aber im Vorfeld nicht weiß, wie hoch z.Bsp. "die Widerstände sind", muss man diese bzw. die eigentliche Regelgröße messen. Ohne Regelgröße --> keine Regelung! Der "Strang-Widerstand" ist bei deiner Betrachtung eine Störgröße, die der Regler ausregeln muss. Die eigentliche Regelgöße ist z. Bsp. die Vorlauftemperatur, welche dann aber auch gemessen werden muss. Eine Regelung besteht immer aus einem Prozesswert bzw. einer Regelgröße und einem Stellglied. Dazwischen liegt die Regelstrecke. Bei deiner Betrachtung hast du bisher nur x Stellglieder.

Wer sagt denn dass ich keine Regelgrößen habe? Nein, es muss nicht der Widerstand, sondern der Durchfluss ausgeregelt werden. Und letztendlich kommt beides aufs gleiche hinaus.
Ich messe in jedem Strang den Durchfluss, die Temperatur und noch ein paar mehr wilde Sachen. Aber für mich und den Kunden zählt hier nur der Durchfluss. Und die Lösung meines Problems habe ich gepostet. Der Kunde möchte in Zukunft nicht länger als 30 Sekunden dafür benötigen, die Programmierung von 4 Strängen auf 20 Strängen zu ändern. Und das klappt nicht so einfach mit Jahrhundert alten PID Reglern ;-)

Meine Aufgabe war lediglich vorhandenen Durchfluss in der Zuleitung aufzuteilen. Dazu habe ich Stell-Ventile NACH den Verbrauchern in jedem Strang. In der großen Zuleitung sitzt eine Pumpe, kein Regelventil. Aber das habe ich doch alles schon geschrieben....

Ich habe KEINE Heizung, keine Lüftungsanlage, keinen Mähdrescher! Ich habe die Aufgabe einen Verteiler zu programmieren. Wie die erste Anlage aussieht, hatte ich mal dargestellt. Zitiere ich gleich nochmal.
Mit mehr kann ich nicht arbeiten. Veränderungen an der Anlage sind nicht drin.
Ich finde das so interessant, dass ihr mir sagt, dass das nicht funktionieren kann :-D Aber es werkelt sehr gut vor sich hin.

 

[xEs1710]

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@xEs1710
Entschuldige, dass ich nochmal reingrätsche.
Dein hydraulischer Fall sieht genau so aus, als hätte man bei der Auslegung den "Fehler" begangen, das Regelventil im Vorlauf, also vor allen Verbrauchern=Leitungswiderständen zu schalten.
Wenn man das Regelventil im Rücklauf oder von mir aus vor dem freien Auslauf schaltet, hat man den Vorteil, dass jeder Verbraucher den kompletten Differenzdruck der Anlage bekommt. Dann sind auch die Beeinflussungen der einzelnen Ventile zueinander erheblich geringer und vor Allem auch das Verhältnis zwischen den Strängen nahezu gleich, wenn die Stränge selbst ausgeregelt sind und alle gleichzeitig auffahren.

Was passiert hydraulisch, wenn du das Regelventil im Zulauf anordnest:
Dein Regelventil beeinfluss nicht nur den Durchfluss, sondern auch erheblich den Druckverlust von der Zuleitung zum Strang.

Bei Anordnung als erster "Verbraucher" im Strang bekommt der Strang selbst nicht nur einen Bruchteil des eigentlich anstehenden Differenzflusses ab, sondern auch dein Ventil hat eine in der Praxis eher progressive statt lineare Kennlinie. Bei kleiner Öffnung hast Du eine Art Strahlwirkung in den Strang, da das "Wasser" am Regelventil mit hohem Druck anliegt und dahinter kein Druck mehr ansteht.
Bildlich: Gartenschlauch, den man am Ende mit dem Daumen zuhält/stark verengt mit voll aufgedrehtem Hahn (Ventil = Daumen im Vorlauf) im Vergleich zum nur halb aufgedrehten Hahn (Ventil = Daumen im Rücklauf).

Wenn Du eine Anordnung der Regelventile im Rücklauf hättest, wären die ganzen Regelungs-Spielchen, die Du hier beschreibst erheblich einfacher. Vielleicht kannst Du ja für eine nachfolgende Anlage hierauf Einfluss nehmen.

Schau nochmal die Skizze:

 

[xEs1710]

Ist die Anordnung deiner Meinung nach so OK?

 

[Plan_B]

Und was spricht jz dagegen, jeweils den Strang mit dem grössten Sollwert auf 100% zu setzen und die anderen nachzuregeln?
Von mir aus auch mit einer Vorsteuerung entsprechend dem Verhältnis der Sollwerte.

 

[Thomas_v2.1]

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Wie wird die Hauptpumpe geregelt, gibt es da keinen Durchflussmesser? Was ist das für ein Pumpentyp?

 

[Heinileini]

Und was spricht jz dagegen, jeweils den Strang mit dem grössten Sollwert auf 100% zu setzen und die anderen nachzuregeln?

Vielleicht könnte ein anderer Strang mit einem kleineren "Widerstand" derjenige sein, der sich mit 100% "StellGrösse" zufrieden geben könnte, obwohl er sich laut SollwertVorgabe nicht in den VorderGrund gedrängt hat?

 

[ducati]

Der Kunde möchte in Zukunft nicht länger als 30 Sekunden dafür benötigen, die Programmierung von 4 Strängen auf 20 Strängen zu ändern. Und das klappt nicht so einfach mit Jahrhundert alten PID Reglern ;-)

Das kann der Kunde vergessen
Selbst ein einzelner PI Regler ist nicht in 30 Sekunden eingestellt.
Schwatz dem Kunden doch ne KI auf. Die wird das schon machen

 

[Thomas_v2.1]

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Was versteht der Kunde denn unter "verschiedene Komponenten"? Das müsste man auch definieren, also grundsätzlich ob es sich um ein geschlossenes oder offenes System handelt.

 

[manni199]

Hallo zusammen

Ich habe so eine Mengenverteilung schon einmal umgesetzt.
Es handelte sich um eine Grundwassersanierung, bei der aus 12 Brunnen kontaminiertes Wasser zu einer Reinigungsanlage gefördert wurde.
Die Summe der Wassermenge lag bei 0-160m^3/h, im Normalbetrieb so zwischen 60-160m^3/h.
Die Summe der Fördermenge hat sich nur geändert, wenn Brunnen zu oder abgeschaltet wurden.
Oder bei Störungen und Wartungen, oder auch wenn die Ergiebigkeit der Förderbrunnen nachlies.
All das musste das SPS-Programm ausgleichen.

Auf der Anlage wird das Wasser zuerst durch vier parallele Kiesfilter geleitet um gelöstes Eisen zu entfernen. Dahinter sind zwei Gruppen mit Aktivkohle geschaltet, um die Schadstoffe letztendlich aus dem Wasser zu entfernen.

Aufgabe war es unter anderem alle vier Kiesfilter gleichmäßig zu beschicken.
Hierzu ist vor jedem Kiesfilter ein Regelschieber (SB1, SB6, SB11 und SB16) mit Stellungsrückmeldung geschaltet, also ähnlich wie hier die Regelventile.
Die Kiesfilter setzen sich mit der Zeit immer mehr zu, und bauen einen Gegendruck auf. Das geschieht nicht ganz gleichmässig, so das über die Zeit immer wieder nachgeregelt werden muss.
Speziell wenn ein Kiesfilter rückgespült wird, ist der Strömungswiderstand für dieses Filter deutlich niedriger als das der anderen Filter.
All das musste die Regelung abfangen und ausregeln.

Die Verteilung in dieser Anlage erfolgte stets gleichmäßig, also 25% des Zulaufs für jedes Kiesfilter.
Für die Regelung habe ich einen PI-Regler als Stellungsregler von Siemens verwendet (FB41 Cont_C hiess der glaub ich).

Die Summe der Zulaufmenge habe ich einfach aus der Summe der einzelnen Kiesfilter errechnet. Hat man ein MID im Zulauf das die Summe gleich anzeigt, um so besser.

Einen Regelschieber habe ich immer auf 100% gestellt.
Zum Einen um einen möglichst geringen Durchflusswiderstand an den Schiebern zu erhalten.
Aber es gibt einen weiteren Grund. Werden alle Schieber geregelt so ist es denkbar, das sich eine gleichmäßige Verteilung einstellt, wenn alle Schieber relativ weit geschlossen sind. Dann müssen alle Förderpumpen immer mehr Energie aufwenden, um die Fördermengen zu gewährleisten.
Hierzu habe ich das Kiesfilter 1 vorgewählt, wenn kein Filter vorgewählt ist (z.B. bei SPS Neustart).
Wichtig, es darf immer nur ein Filter gleichzeitig vorgewählt sein.
Bei mir spielte es keine Rolle welches Filter zuerst vorgewählt wird, weil ja alle Filter 25% des Zulaufs erhalten sollten.
Beim in diesem Thread genannten Fall würde ich ggfs. das Regel-Ventil zu 100% öffnen (also vorwählen), das die grösste Menge durchlassen soll.
Natürlich nur beim Start der SPS, denn im Regelbetrieb muss die Steuerung den Regelschieber selber finden (dazu bitte weiter lesen).
Dazu hab ich den Regler in Hand gestellt, und den Handstellwert am Regler auf 100% gesetzt. Dann fährt der Regelschieber des vorgewählten Kiesfilters auf die obere Endlage (100%).
Das war für mich am einfachsten.
Die Stellungsregler für die Regelschieber der Filter 2, 3 und 4 habe ich dann mit dem Sollwert 25% (der Zulaufmenge) für die Regelung freigegeben.
Ich habe einen einfachen PI-Regler verwendet.

Befindet sich ein Regelschieber der Kiesfilter 2, 3, oder 4 für 10min in der oberen Endlage (100%), so wird dieses Kiesfilter vorgewählt.
Nehmen wir an es ist Filter 3. Dann wird ab diesem Zeitpunkt Filter 1, 2 und 4 geregelt. Der Regelschieber vom Kiesfilter 3 ist zu 100% geöffnet.
Die Überwachungszeit von 10min wird erneut gestartet. Die Überwachungszeit läuft jetzt nur an, wenn einer der Regelschieber 1, 2 oder 4 in der oberen Endlage (100%) steht.
Die Steuerung findet immer sehr schnell den Filter mit dem höchsten Durchlasswiderstand, und setzt den zugehörigen Regelschieber auf 100%.
Das ganze Konzept hat super funktioniert, und läuft auch heute noch ohne das ich irgendwann mal Klagen vom Kunden gehabt hätte.

Für die Regelschieber habe ich eine Hysterese von +-1% festgelegt. Der Regelschieber wird nur bewegt wenn der Stellbefehl vom Regler den Bereich von +-1% um die aktuelle Stellung verlässt.

So wie sich das hier liest könnte mein Regelkonzept in dem hier genannten Fall auch funktionieren, denke ich.
Anbei hänge ich mal ein Fliessbild aus dem kleinen SCADA System, über das die Anlage überwacht wurde.

Das SPS Programm hat übrigens noch einen Haufen weiterer Funktionen wie das automatische Rückspülen der Kiesfilter, die Steuerung/Regelung der 12 Förderbrunnen, usw.

Vielleicht hilfts.

manni199

 

[Plan_B]

Vielleicht könnte ein anderer Strang mit einem kleineren "Widerstand" derjenige sein, der sich mit 100% "StellGrösse" zufrieden geben könnte,

Meine Annahme ging blauäugig von gleichen Querschnitten aus.
Jupp, dann brauchts natürlich noch ne Normierung.
Und Druck/Durchfluss=Widerstand.

 

[Thomas_v2.1]

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@manni199
Du hast ein offenes System, das verhält sich anders als ein geschlossenes System. Da gibt es durch Rückstau zwar auch eine leichte gegenseitige Beeinflussung, aber das ist kaum ein Problem. Ich habe sowas schon etliche Male z.B. für Filtrationsanlagen auf Kläranlagen programmiert.

 

[xEs1710]

Hallo zusammen

Ich habe so eine Mengenverteilung schon einmal umgesetzt.
Es handelte sich um eine Grundwassersanierung, bei der aus 12 Brunnen kontaminiertes Wasser zu einer Reinigungsanlage gefördert wurde.
Die Summe der Wassermenge lag bei 0-160m^3/h, im Normalbetrieb so zwischen 60-160m^3/h.
Die Summe der Fördermenge hat sich nur geändert, wenn Brunnen zu oder abgeschaltet wurden.
Oder bei Störungen und Wartungen, oder auch wenn die Ergiebigkeit der Förderbrunnen nachlies.
All das musste das SPS-Programm ausgleichen.

Auf der Anlage wird das Wasser zuerst durch vier parallele Kiesfilter geleitet um gelöstes Eisen zu entfernen. Dahinter sind zwei Gruppen mit Aktivkohle geschaltet, um die Schadstoffe letztendlich aus dem Wasser zu entfernen.

Aufgabe war es unter anderem alle vier Kiesfilter gleichmäßig zu beschicken.
Hierzu ist vor jedem Kiesfilter ein Regelschieber (SB1, SB6, SB11 und SB16) mit Stellungsrückmeldung geschaltet, also ähnlich wie hier die Regelventile.
Die Kiesfilter setzen sich mit der Zeit immer mehr zu, und bauen einen Gegendruck auf. Das geschieht nicht ganz gleichmässig, so das über die Zeit immer wieder nachgeregelt werden muss.
Speziell wenn ein Kiesfilter rückgespült wird, ist der Strömungswiderstand für dieses Filter deutlich niedriger als das der anderen Filter.
All das musste die Regelung abfangen und ausregeln.

Die Verteilung in dieser Anlage erfolgte stets gleichmäßig, also 25% des Zulaufs für jedes Kiesfilter.
Für die Regelung habe ich einen PI-Regler als Stellungsregler von Siemens verwendet (FB41 Cont_C hiess der glaub ich).

Die Summe der Zulaufmenge habe ich einfach aus der Summe der einzelnen Kiesfilter errechnet. Hat man ein MID im Zulauf das die Summe gleich anzeigt, um so besser.

Einen Regelschieber habe ich immer auf 100% gestellt.
Zum Einen um einen möglichst geringen Durchflusswiderstand an den Schiebern zu erhalten.
Aber es gibt einen weiteren Grund. Werden alle Schieber geregelt so ist es denkbar, das sich eine gleichmäßige Verteilung einstellt, wenn alle Schieber relativ weit geschlossen sind. Dann müssen alle Förderpumpen immer mehr Energie aufwenden, um die Fördermengen zu gewährleisten.
Hierzu habe ich das Kiesfilter 1 vorgewählt, wenn kein Filter vorgewählt ist (z.B. bei SPS Neustart).
Wichtig, es darf immer nur ein Filter gleichzeitig vorgewählt sein.
Bei mir spielte es keine Rolle welches Filter zuerst vorgewählt wird, weil ja alle Filter 25% des Zulaufs erhalten sollten.
Beim in diesem Thread genannten Fall würde ich ggfs. das Regel-Ventil zu 100% öffnen (also vorwählen), das die grösste Menge durchlassen soll.
Natürlich nur beim Start der SPS, denn im Regelbetrieb muss die Steuerung den Regelschieber selber finden (dazu bitte weiter lesen).
Dazu hab ich den Regler in Hand gestellt, und den Handstellwert am Regler auf 100% gesetzt. Dann fährt der Regelschieber des vorgewählten Kiesfilters auf die obere Endlage (100%).
Das war für mich am einfachsten.
Die Stellungsregler für die Regelschieber der Filter 2, 3 und 4 habe ich dann mit dem Sollwert 25% (der Zulaufmenge) für die Regelung freigegeben.
Ich habe einen einfachen PI-Regler verwendet.

Befindet sich ein Regelschieber der Kiesfilter 2, 3, oder 4 für 10min in der oberen Endlage (100%), so wird dieses Kiesfilter vorgewählt.
Nehmen wir an es ist Filter 3. Dann wird ab diesem Zeitpunkt Filter 1, 2 und 4 geregelt. Der Regelschieber vom Kiesfilter 3 ist zu 100% geöffnet.
Die Überwachungszeit von 10min wird erneut gestartet. Die Überwachungszeit läuft jetzt nur an, wenn einer der Regelschieber 1, 2 oder 4 in der oberen Endlage (100%) steht.
Die Steuerung findet immer sehr schnell den Filter mit dem höchsten Durchlasswiderstand, und setzt den zugehörigen Regelschieber auf 100%.
Das ganze Konzept hat super funktioniert, und läuft auch heute noch ohne das ich irgendwann mal Klagen vom Kunden gehabt hätte.

Für die Regelschieber habe ich eine Hysterese von +-1% festgelegt. Der Regelschieber wird nur bewegt wenn der Stellbefehl vom Regler den Bereich von +-1% um die aktuelle Stellung verlässt.

So wie sich das hier liest könnte mein Regelkonzept in dem hier genannten Fall auch funktionieren, denke ich.
Anbei hänge ich mal ein Fliessbild aus dem kleinen SCADA System, über das die Anlage überwacht wurde.

Das SPS Programm hat übrigens noch einen Haufen weiterer Funktionen wie das automatische Rückspülen der Kiesfilter, die Steuerung/Regelung der 12 Förderbrunnen, usw.

Vielleicht hilfts.

manni199

Vielen Dank! Ich habe andere Anlagen vor der Brust, aber im Grunde ist es das selbe! Du hattest in etwa die selben "Herausforderungen". Ich denke auch, dass Deine Herangehensweise ebenfalls funktionieren würde.

Inwieweit nehmen die PI-Regler gegenseitig Einfluss? Hattest du hier Schwierigkeiten?

Ich dachte schon ich bin mit meiner Aufgabenstellung gänzlich alleine :-D

 

[manni199]

Inwieweit nehmen die PI-Regler gegenseitig Einfluss? Hattest du hier Schwierigkeiten?

Da hab ich jetzt nix schlimmes in Erinnerung.
Bei meiner Anlage war die Geschwindigkeit des Ausregelns war auch sekundär.
Die Fördermengen in den 12 Brunnen wurden immer innerhalb von wenigen Sekunden ausgeregelt.
Die Mengenverteilung in den vier Kiesfilter hab ich relativ träge gemacht.
Nicht zuletzt auch weil so ein E-Schieber etwas Zeit benötigt seine Zielstellung zu erreichen.
Wenn ich mich recht entsinne, dann benötigten sie von 0% auf 100% ca. 20s.
Somit sollte ein Stellbefehl zuverlässig beendet werden bevor ein neuer Befehl kommt.
Auch das ganze System muss soviel Zeit haben, das es eine Chance hat zur Ruhe zu kommen.

Ich glaube es war so:
Stellbefehle werden erst ausgeführt, wenn die Zielposition ausserhalb der Hysterese von +-1% der aktuellen Stellung liegt. Das zusammen mit einem langsamen Regler hat dazu geführt, das die E-Schieber relativ selten bewegt wurden. Manchmal über Tage nur ein oder zwei mal.
Ausserdem hat es dafür gesorgt, das selten mehr als ein E-Schieber gleichzeitig bewegt wurde.

Auch hilfreich ist folgender Effekt:
Fliesst durch Kiesfilter 1 zu viel Wasser, so fliesst in den anderen Kiesfiltern zu wenig Wasser.
Beschliesst die Regelung den E-Schieber vor Kiesfilter 1 etwas zu schliessen, so fliesst anschliessend sofort auch etwas mehr durch die anderen drei Kiesfilter. Die Regelungen unterstützen sich also eher gegenseitig, als das sie sich stören.

Man muss bei der Inbetriebnahme etwas mit den Einstellmöglichkeiten ‚spielen‘, um eine stabile und optimale Regelung hinzubekommen.
(P-Anteil, I-Anteil, Hysterese Schieberstellung)